JP2020028132A - Terminal structure of superconducting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、超電導機器の端末構造に関する。 The present disclosure relates to a terminal structure of a superconducting device.
超電導機器の一つとして超電導ケーブルがある。超電導ケーブルは、小型でありながら、大容量の電力を低損失で送電可能なことから、省エネルギー技術として期待されている。超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材をスパイラル巻きして形成された超電導導体層を有するケーブルコアと、このケーブルコアを収納し、上記超電導導体層を超電導状態に維持する冷媒(例えば液体窒素)が充填される断熱管とを備える構成が代表的である。 There is a superconducting cable as one of the superconducting devices. The superconducting cable is expected as an energy-saving technology because it can transmit a large amount of power with low loss while being small. The superconducting cable has a cable core having a superconducting conductor layer formed by spirally winding a superconducting wire around the outer periphery of a former, and a refrigerant (for example, liquid nitrogen) that houses the cable core and maintains the superconducting conductor layer in a superconducting state. And a heat-insulating tube filled with water.
特許文献1には、超電導機器の一つである超電導ケーブルの超電導導体と、常温で利用される常電導ケーブルの導体と、の間に常電導材料からなる引出部を介在させた超電導機器(超電導ケーブル)の端末構造が開示されている。この端末構造では、超電導ケーブルのケーブルコアに接続される棒状の常電導引出部と、先端が常温環境に配置される棒状の導体引出部と、両引出部の外周を覆う常温側真空層及び端末真空層と、を備える。
従来の超電導機器の端末構造では、引出部の位置に断熱のための複数の真空層が形成されているため、当該端末構造が複雑で、大型化し易い。施工スペースによってはこのような大型の端末構造を構築し難い場合があり、端末構造の小型化が望まれる。 In the conventional terminal structure of a superconducting device, since a plurality of vacuum layers for heat insulation are formed at the position of the lead-out portion, the terminal structure is complicated and easily enlarged. Depending on the construction space, it may be difficult to construct such a large terminal structure, and miniaturization of the terminal structure is desired.
また、複数の真空層を形成する工程が煩雑であるため、従来の超電導機器の端末構造の施工性が芳しくないという問題もある。 Further, since the process of forming a plurality of vacuum layers is complicated, there is a problem that the workability of the conventional terminal structure of the superconducting device is not good.
そこで本開示は、小型で施工性にも優れる超電導機器の端末構造を提供することを目的の一つとする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a terminal structure of a superconducting device which is small and has excellent workability.
本開示の超電導機器の端末構造は、
超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、
前記導体引出部は、
筒状部と、
前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える。
The terminal structure of the superconducting device of the present disclosure is:
A terminal structure of a superconducting device including a normal-conduction conductor lead-out portion electrically connected to an end of a superconducting conductor of the superconducting device,
The conductor lead-out portion,
A tubular portion,
A superconducting-side connecting portion that seals one end side of the cylindrical portion in the axial direction and has a storage portion that stores an end of the superconducting conductor,
Along with sealing the other end of the cylindrical portion in the axial direction, a normal-conducting-side connection portion serving as a bracket connected to a normal-conduction device,
Further, a non-vacuum heat insulator is provided to cover a radially outer peripheral surface of the cylindrical portion.
上記の超電導機器の端末構造は、小型で、施工性にも優れる。 The terminal structure of the above-described superconducting device is small and has excellent workability.
・本開示の実施形態の説明
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
-Description of embodiments of the present disclosure First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
<1>実施形態に係る超電導機器の端末構造は、
超電導機器の超電導導体の端部に電気的に接続される常電導の導体引出部を備える超電導機器の端末構造であって、
前記導体引出部は、
筒状部と、
前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える。
<1> The terminal structure of the superconducting device according to the embodiment is as follows.
A terminal structure of a superconducting device including a normal-conduction conductor lead-out portion electrically connected to an end of a superconducting conductor of the superconducting device,
The conductor lead-out portion,
A tubular portion,
A superconducting-side connecting portion that seals one end side of the cylindrical portion in the axial direction and has a storage portion that stores an end of the superconducting conductor,
Along with sealing the other end of the cylindrical portion in the axial direction, a normal-conducting-side connection portion serving as a bracket connected to a normal-conduction device,
Further, a non-vacuum heat insulator is provided to cover a radially outer peripheral surface of the cylindrical portion.
上記構成では、常温に配置される常電導側接続部と極低温に配置される超電導側接続部との間に、内部が中空で熱を伝え難い筒状部を形成することで、外部から超電導機器への熱侵入を抑制できる。筒状部が熱を伝え難いため、その筒状部を外部環境から断熱する断熱構造として、真空断熱構造に比べて構造が単純な非真空断熱構造(非真空断熱体)を採用することができる。構造が単純な非真空断熱体は小型で容易に施工可能であるため、非真空断熱体を備える超電導機器の端末構造は、小型で施工性に優れる。 In the above configuration, by forming a cylindrical portion having a hollow inside and hardly conducting heat, a superconducting portion is formed between the normal conducting side connecting portion arranged at room temperature and the superconducting side connecting portion arranged at cryogenic temperature. Heat intrusion into equipment can be suppressed. Since the cylindrical portion is difficult to conduct heat, a non-vacuum heat insulating structure (non-vacuum heat insulator) having a simpler structure than the vacuum heat insulating structure can be adopted as the heat insulating structure for insulating the cylindrical portion from the external environment. . Since a non-vacuum heat insulator having a simple structure is small and can be easily installed, the terminal structure of a superconducting device including the non-vacuum heat insulator is small and has excellent workability.
<2>実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記非真空断熱体は、前記筒状部の径方向外方を囲うケースと、前記ケースの内部に充填される樹脂と、を備える形態を挙げることができる。
<2> As one mode of the terminal structure of the superconducting device according to the embodiment,
The non-vacuum heat insulator may include a case including a case surrounding a radially outer side of the cylindrical portion, and a resin filled in the case.
上記構成によれば、筒状部の外周やその近傍に真空ポートなどの複雑形状の構成が配置されていても、筒状部の外周に隙間なく非真空断熱体を配置することができる。その結果、外部環境から筒状部への熱の伝達を効果的に抑制でき、超電導機器への熱侵入を抑制できる。 According to the above configuration, even when a complicated-shaped configuration such as a vacuum port is arranged on the outer periphery of the cylindrical portion or in the vicinity thereof, the non-vacuum heat insulator can be arranged on the outer periphery of the cylindrical portion without gaps. As a result, the transfer of heat from the external environment to the tubular portion can be effectively suppressed, and heat intrusion into the superconducting device can be suppressed.
<3>ケース内に樹脂を充填した非真空断熱体を備える実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記筒状部は、その内外を貫通する貫通孔を備え、
前記樹脂が、前記貫通孔を介して前記筒状部の内部にも充填されている形態を挙げることができる。
<3> As one mode of a terminal structure of a superconducting device according to an embodiment including a non-vacuum heat insulator filled with a resin in a case,
The cylindrical portion includes a through hole penetrating the inside and outside thereof,
A mode in which the resin is also filled in the inside of the cylindrical portion through the through hole can be given.
筒状部に貫通孔を形成し、筒状部の内部を樹脂で埋めることで、筒状部の内部に大気が残存することを抑制できる。残存大気があると、筒状部内の気体が気化と液化を繰り返す可能性があり、その場合、筒状部内の圧力変動で筒状部の周辺部材に応力が作用して、それらの部材が劣化する恐れがある。筒状部を樹脂で埋めると、そのような問題点が生じることを抑制できる。 By forming a through-hole in the tubular portion and filling the inside of the tubular portion with a resin, it is possible to suppress the air from remaining inside the tubular portion. If there is residual air, the gas in the cylindrical part may repeatedly evaporate and liquefy, in which case the pressure fluctuations in the cylindrical part will apply stress to the surrounding members of the cylindrical part, and these members will degrade Might be. Filling the cylindrical portion with resin can suppress such a problem from occurring.
<4>実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記筒状部の内部に冷媒を流通させる冷媒流通機構を備える形態を挙げることができる。
<4> As one mode of the terminal structure of the superconducting device according to the embodiment,
A mode in which a refrigerant distribution mechanism that distributes a refrigerant inside the cylindrical portion may be included.
筒状部を冷媒流通機構で冷却することで、負荷時に常電導側接続部や筒状部で発生した熱を除去することができ、超電導機器の温度が上昇することを抑制し易い。ここで、実施形態に係る超電導機器の端末構造では、筒状部の外周を覆う断熱構造が非真空断熱体であるため、冷媒流通機構を構成する冷媒導入管や冷媒排出管などを配置し易い。 By cooling the tubular portion by the coolant circulation mechanism, heat generated in the normal-conducting-side connection portion and the tubular portion during load can be removed, and it is easy to suppress an increase in the temperature of the superconducting device. Here, in the terminal structure of the superconducting device according to the embodiment, since the heat insulating structure covering the outer periphery of the cylindrical portion is a non-vacuum heat insulator, it is easy to arrange the refrigerant introduction pipe, the refrigerant discharge pipe, and the like that constitute the refrigerant distribution mechanism. .
<5>実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記超電導機器は、前記超電導導体を備えるケーブルコアと、前記ケーブルコアを収納する断熱管と、を備える超電導ケーブルである形態を挙げることができる。
<5> As one mode of the terminal structure of the superconducting device according to the embodiment,
The superconducting device may be in the form of a superconducting cable including a cable core having the superconducting conductor and a heat-insulating tube for accommodating the cable core.
超電導機器が超電導ケーブルである超電導機器の端末構造によれば、超電導ケーブルで構築した送電網の施工性を向上させることができる。送電網の規模が大きくなると超電導機器の端末構造の数が非常に多くなるため、各端末構造の施工性を向上させることで、送電網全体の施工性を大幅に向上させることができる。 According to the terminal structure of the superconducting device in which the superconducting device is a superconducting cable, it is possible to improve the workability of the power transmission network constructed with the superconducting cable. When the scale of the power transmission network is increased, the number of terminal structures of the superconducting equipment becomes very large. Therefore, by improving the workability of each terminal structure, the workability of the entire power transmission network can be significantly improved.
<6>超電導機器が超電導ケーブルである実施形態に係る超電導機器の端末構造の一形態として、
前記ケーブルコアの一部が挿通される絶縁筒と、
前記絶縁筒における前記導体引出部の側に配置され、前記ケーブルコアの端部と共に前記常電導側接続部をその内部に収納する常電導側断熱容器と、
前記絶縁筒における前記超電導ケーブルの側に配置され、前記超電導ケーブルの前記断熱管に繋がる超電導側断熱容器と、を備える形態を挙げることができる。
<6> As one mode of the terminal structure of the superconducting device according to the embodiment in which the superconducting device is a superconducting cable,
An insulating tube through which a part of the cable core is inserted,
A normal-conduction-side heat-insulating container that is arranged on the side of the conductor lead-out portion of the insulating cylinder and houses the normal-conduction-side connection portion together with an end of the cable core,
A superconducting-side heat-insulating container arranged on the side of the superconducting cable in the insulating cylinder and connected to the heat-insulating pipe of the superconducting cable.
上記構成によれば、導体引出部の常電導側接続部が、常電導側断熱容器と非真空断熱体とで二重に断熱される。そのため、外部環境からケーブルコアへの熱侵入を抑制し易い。 According to the above configuration, the normal-conduction-side connection portion of the conductor lead-out portion is double-insulated by the normal-conduction-side heat-insulating container and the non-vacuum heat insulator. Therefore, it is easy to suppress heat intrusion from the external environment into the cable core.
・本開示の実施形態の詳細
以下に図面を参照して、本開示の実施形態の具体例を説明する。図において同一符号は同一名称物を意味する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、多心一括型のケーブルにも適用できる。
-Details of embodiment of the present disclosure Specific examples of the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same reference sign means the same name. It should be noted that the present invention is not limited to these exemplifications, but is indicated by the appended claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the appended claims. For example, the present invention can be applied to a multi-core collective cable.
<実施形態1>
本例では、超電導機器の端末構造として、図1に示す超電導ケーブル100を常電導機器に接続する超電導機器の端末構造1を説明する。この端末構造1は、超電導ケーブル100のケーブルコア110に備わる超電導導体層112と、常電導機器の常電導導体(例えば、ブスバー200)と、を電気的に接続する導体引出部2を備える。常電導機器としては、例えば架空送電線などの常電導ケーブルなどを挙げることができる。この超電導機器の端末構造1の特徴の一つとして、導体引出部2と、その導体引出部2の超電導機器側の部分を外部環境から断熱する断熱構造(後述する非真空断熱体3)の構成を挙げることができる。本例では、導体引出部2のうち、非真空断熱体3から常温環境に露出する部分と、ブスバー200とをボルト200bで締結することで、超電導ケーブル100と常電導機器とを電気的に接続している。以下、最初に図4を参照して超電導ケーブル100の基本構成を説明し、次にその超電導ケーブル100を常電導機器に接続する超電導機器の端末構造1の詳細な構成とその施工手順を説明する。
<First embodiment>
In this example, a
≪超電導ケーブル≫
超電導ケーブル100は、フォーマ111の外周に設けられた超電導導体層(超電導導体)112を有するケーブルコア110と、ケーブルコア110を収納する断熱管120と、を備える。本例に示すケーブルコア110は、中心から順にフォーマ111、超電導導体層112、電気絶縁層113、遮蔽層114、保護層115を同軸状に備える。この超電導ケーブル100は、1本のケーブルコア110が一つの断熱管120に収納された単心ケーブルであって、超電導導体層112と共に電気絶縁層113が断熱管120に収納されて、双方が冷媒によって冷却される低温絶縁型のケーブルである。例えば、このような単心ケーブルを3本布設して、各ケーブルを各相の送電に利用する三相交流送電路や、このような単心ケーブルを2本布設して、一方のケーブルを往路、他方のケーブルを復路に利用する直流送電路などを構築することができる。
≪Superconducting cable≫
The
[フォーマ]
フォーマ111は、超電導導体層112を支持する機能を有する。本例では、液体窒素などの冷媒130の流路にも利用するため、フォーマ111を中空体としている。このようなフォーマ111の構成材料として、冷媒温度でも利用可能で、薄くても強度に優れるステンレス鋼などの金属が挙げられる。コルゲート管やベローズ管をフォーマ111に利用すると、高強度材料から構成されていても可撓性に優れる。本例とは異なり、フォーマ111は、複数の素線(銅線や、銅線の外周にエナメルなどの絶縁被覆を有する被覆銅線など)を撚り合わせた撚り線などの中実体とすることもできる。
[Former]
The former 111 has a function of supporting the
[超電導導体層]
超電導導体層112は、フォーマ111の外周に複数の超電導線材をスパイラル巻きすることで形成されている。超電導線材には、例えばBi系銀シース線材やRE123系薄膜線材などのテープ状線材が利用できる。線材の数や線材層の数は、所望の電流容量を有するように適宜選択するとよい。図1では、超電導導体層112が4層の線材層を積層した場合を示す。線材層間には、絶縁紙などを巻回した層間絶縁層(図示せず)を設けても良い。また、フォーマ111と超電導導体層112との間に、超電導導体層112の機械的保護などを目的とする介在層(図示せず)を設けてもかまわない。
[Superconducting conductor layer]
The
[電気絶縁層]
電気絶縁層113は、超電導導体層112とその外部との電気的絶縁を確保する。電気絶縁層113は、絶縁材からなるテープを超電導導体層112の外周にスパイラル巻きすることで形成されている。絶縁材には、例えば、クラフト紙やPPLP(登録商標;Polypropylene Laminated Paper)といった半合成紙などの絶縁紙が挙げられる。
[Electrical insulation layer]
The electrical
[遮蔽層]
遮蔽層114は、超電導導体層112の外周(この例では電気絶縁層113の直上)に設けられて、超電導導体層112に起因する電界を遮蔽する。遮蔽層114は、銅テープといった上述の常電導材料からなるテープや線材などを巻回することで形成される。
[Shielding layer]
The
[保護層]
保護層115は、ケーブルコア110の最外周に配置され、その内側に配置された部材(特に超電導導体層112)の機械的保護、遮蔽層114と断熱管120との間の電気的絶縁の確保を目的として設けられる。このような保護層115は、上述の絶縁紙を遮蔽層114の外周にスパイラル巻きすることで形成される。
[Protective layer]
The
その他、ケーブルコア110は、電気絶縁層113の外周に外側超電導層(図示せず)や、常電導材料からなる磁気遮蔽層を備えることができる。外側超電導層は、上述の超電導線材をスパイラル巻きして形成される。外側超電導層は、例えば、交流送電用途では磁気遮蔽層に利用でき、直流送電用途では、モノポール送電の場合、超電導導体層112を往路導体としたときに帰路導体に利用でき、バイポール送電の場合、超電導導体層112とは逆極性の電流を流す導体に利用できる。
In addition, the
[断熱管]
断熱管120は、内管121と外管122とを有する二重構造管であり、内管121と外管122との間の空間が真空引きされ、この空間に真空断熱層が形成された真空断熱管である。内管121の内部空間は、ケーブルコア110の収納空間であると共に、超電導導体層112の超電導状態を維持するための冷媒(例えば、液体窒素など)が流通される流路に利用される。内管121及び外管122は、可撓性に優れるコルゲート管やベローズ管、あるいは冷媒の圧力損失を小さくできるストレート管で構成することができる。内管121及び外管122の構成材料は、ステンレス鋼などの金属が挙げられる。この例に示す断熱管120は、内管121と外管122との間にスーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材123を備えている。断熱管120の外管122の外側には、ビニルやポリエチレンなどの防食材から構成される防食層124を備える。
[Insulated tube]
The
≪超電導機器の端末構造≫
上述の超電導ケーブル100と常電導機器とを接続する場合、例えば、図1に示す超電導機器の端末構造1を構築する。図1の端末構造1は、両端矢印で示す水平方向に導体引出部2を引き出した横置きタイプであるが、鉛直上方に導体引出部2を引き出した縦置きタイプとすることもできる。矢印の左側が常電導側(常温側)、右側が超電導ケーブル100側(極低温側)である。
端末 Terminal structure of superconducting equipment≫
When connecting the above-described
端末構造1では、断熱管120から露出させたケーブルコア110の端部を導体引出部2に電気的に接続し、その導体引出部2を更に常電導機器の常電導導体(本例ではブスバー200)に電気的に接続する。更に、端末構造1では、ケーブルコア110の外周に碍管7を配置すると共に、ケーブルコア110の露出部分から端部にわたって、真空冷媒槽(後述する常電導側断熱容器5、超電導側断熱容器6)を設ける。ケーブルコア110を冷却する冷媒130は、後述する超電導側断熱容器6に設けられる冷媒導入管11を介して超電導側断熱容器6の冷媒槽61内に導入される。冷媒槽61に導入された冷媒130は、図2の白抜き矢印で示すように、常電導側断熱容器5の冷媒槽51を通って、導体引出部2側の超電導ケーブル100の端部の位置でフォーマ111の中空孔に導入される。フォーマ111内に導入された冷媒130は、適宜な位置でケーブルコア110の内管121内に吐出され、ケーブルコア110の外側を通って、超電導側断熱容器6に設けられる冷媒排出管19を介して外部に排出される。外部には冷凍機が配置されおり、その冷凍機で冷却された冷媒130は再び冷媒導入管11を介して端末構造1に送り込まれる。なお、冷媒130の流通方向は、上述した例と逆になっていても良い。つまり、冷媒排出管19から冷媒130を導入し、冷媒導入管11から冷媒130を排出する構成としても良い。
In the
[ケーブルコア]
断熱管120の端部(真空ポート100p近傍を参照)から突出されたケーブルコア110では、断熱管120の近くで遮蔽層114及び保護層115(図4)が切断されている。ケーブルコア110における断熱管120の開口部よりも先の領域では、概ね電気絶縁層113が露出されている。更にケーブルコア110の先端部(絶縁筒4の常温側端部から突出された部分)は段剥ぎされており、先端側から順にフォーマ111と超電導導体層112が露出されている。
[Cable core]
In the
露出された超電導導体層112と導体引出部2とは、ハンダやロー材などの適宜な接合材によって接合されて、両者が電気的に接続されている。本例の導体引出部2は、その一端部にケーブルコア110の端部が挿入される収納部21s(図2,3参照)を有しており、この収納部21sにケーブルコア110の端部が挿入されて、上記接合材によって超電導導体層112が収納部21s内に固定される。この例では更に、フォーマ111が、締結孔21pに貫通されるボルトなどの締結部材によって導体引出部2と結合されている。その結果、ケーブルコア110と導体引出部2との接続強度が高められている。導体引出部2の収納部21sには、接合材の注入孔21h(図3)が形成されている。
The exposed
一方、断熱管120から出されたケーブルコア110において、上述の先端部とは逆の領域、即ち、断熱管120の端部近くであって遮蔽層114及び保護層115が除去されて露出された領域(ケーブル側領域)には、その外周に設けられた補強絶縁層8を備える。補強絶縁層8は、絶縁紙をケーブルコア110(ここでは電気絶縁層113)の外周にスパイラル巻きすることで形成されている。補強絶縁層8は、その長手方向(図1では左右方向)の中央部分から各端部に向かって先細りした形状、即ち、常温側及びケーブル側に向かって先細りした形状である。各傾斜部分は、ストレスコーンとして機能する。ケーブルコア110の遮蔽層114(図4)から補強絶縁層8におけるケーブル側のストレスコーン部分に亘って遮蔽接続部80が形成されている。遮蔽接続部80は、銅などの常電導材料からなる線材を巻回して形成される。
On the other hand, in the
[絶縁筒]
ケーブルコア110の延伸方向における先端部と補強絶縁層8が設けられた部分との間の中間部分の外周には絶縁筒4が設けられている。絶縁筒4は、ケーブルコア110と外部との間の電気的絶縁を行うと共に、電界緩和を行う部材である。この絶縁筒4の外周には、後述する碍管7に固定される固定部40が設けられている。
[Insulating tube]
The insulating cylinder 4 is provided on the outer periphery of an intermediate portion between the distal end portion in the extending direction of the
本例に示す絶縁筒4の一部は冷媒130に接触する。そのため、絶縁筒4の構成材料は、冷媒温度でも問題なく使用可能な絶縁材料が好ましく、特にエポキシ樹脂などの樹脂成分とガラス繊維などの強化成分とを含む繊維強化樹脂などとすると、強度にも優れる。碍管7内に配置される絶縁筒4の常温側領域は常温側に向かって先細りした形状であり、この先細り形状の傾斜部分がストレスコーンとして機能する。絶縁筒4中に金属箔(図示せず)を同心状に多層に設けることで、電界を調整できる。一方、絶縁筒4のケーブル側領域の外周面は一様な筒状面であるが、その内周面は常温側に向うに従って径方向内方側に傾斜している。この内側傾斜面によって、補強絶縁層8と絶縁筒4との間隔を確保できる。
A part of the insulating cylinder 4 shown in this example comes into contact with the refrigerant 130. Therefore, the constituent material of the insulating cylinder 4 is preferably an insulating material that can be used without any problem even at the refrigerant temperature. Excellent. The normal temperature side region of the insulating cylinder 4 arranged in the
固定部40は、絶縁筒4の外周(この例では長手方向の中央部分であって、ストレスコーン部分ではない領域)に接合されている。固定部40は、絶縁筒4の外方に延びるフランジ部を備える。ボルトなどによって、このフランジ部を碍管7に締結することで、絶縁筒4を碍管7に固定できる。固定部40の構成材料は、適宜な金属や樹脂などが挙げられる。
The fixing
[超電導側断熱容器]
超電導側断熱容器6は、絶縁筒4における超電導ケーブル100側に配置され、超電導ケーブル100の断熱管120に繋がる断熱槽である。超電導側断熱容器6は、冷媒槽61と、その外周を覆う真空槽62とで構成されており、両槽61,62の間は真空引きされている。両槽61,62間にはスーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材を配置しても良い。超電導側断熱容器6に形成される真空空間によって冷媒130を極低温に維持できる。
[Superconducting side heat insulation container]
The superconducting-side heat-insulating
超電導側断熱容器6は、断熱管120の端部から碍管7の底板部71に亘って設けられ、この間に存在するケーブルコア110の外周の一部と絶縁筒4のケーブル側領域の外周とを覆う。冷媒槽61は断熱管120の内管121に、真空槽62は断熱管120の外管122に接続されており、上記外管122は接地電位となっているので、真空槽62も接地電位となっている。冷媒槽61の内部は、超電導ケーブル100の長手方向における冷媒導入管11と冷媒排出管19との間で仕切られており、冷媒導入管11から導入された冷媒130が直ちに冷媒排出管19から排出されないようになっている。
The superconducting-side heat-insulating
超電導側断熱容器6には図示しない応力緩和構造を設けることが好ましい。応力緩和構造としては、例えば冷媒槽61の軸方向の一部をベローズ構造とすることが挙げられる。
It is preferable to provide a stress relaxation structure (not shown) in the superconducting
[常電導側断熱容器]
常電導側断熱容器5は、絶縁筒4における常電導側に配置され、超電導ケーブル100の先端を内部に収納する断熱槽である。常電導側断熱容器5は、冷媒槽51とその外周を覆う真空槽52とを備え、両槽51,52の間は真空引きされている。両槽51,52の間には、スーパーインシュレーション(商品名)などの断熱材が配置されていても良い。本例では、常電導側断熱容器5の真空空間と、超電導側断熱容器6の真空空間と、が絶縁筒4を介してケーブルコア110の長手方向に重複して設けられている。
[Normal conduction side heat insulation container]
The normal-conduction-side heat-insulating
常電導側断熱容器5は、絶縁筒4内から碍管7内を経て常温側に延びるように設けられている。この例では、常電導側断熱容器5の冷媒槽51が、導体引出部2に接続され、真空槽52が、碍管7の上板部72に接続されている。常電導側断熱容器5の導体引出部2側の端部は碍管7から突出している。
The normal-conduction-side heat-insulating
冷媒槽51は、その内周に挿通配置されるケーブルコア110(特に超電導導体層112)を冷却する冷媒130が充填されて流路に利用されると共に、真空槽52と共に真空空間を形成する。冷媒槽51の外周を覆う真空槽52の外周面には、上述した絶縁筒4が一体に設けられている。この冷媒槽51と真空槽52を備える常電導側断熱容器5は、導体引出部2に接触しており、高電位となっている。高電位の常電導側断熱容器5と接地電位の超電導側断熱容器6との間は、常電導側断熱容器5の真空槽52に一体化された絶縁筒4によって絶縁されている。
The
[碍管]
碍管7は、絶縁筒4の常温側領域を収納して、この絶縁筒4内に挿通される超電導導体層112と外部との電気的絶縁に利用される。本例の碍管7は、碍子連を有する筒状の本体部70と、本体部70の一端(超電導側の端部)に設けられる環状の底板部71と、本体部70の他端(常電導側)に設けられる環状の上板部72と、を備える。底板部71には絶縁筒4の固定部40が取り付けられる。上板部72には常電導側断熱容器5の外周が固定されており、そのため常電導側断熱容器5の一部は碍管7から突出している。本体部70、底板部71、及び上板部72で囲まれる密閉空間(碍管7の内部空間)には、絶縁油やSF6などの絶縁流体(図示せず)が充填される。本体部70などに絶縁流体の導入・排出管(図示せず)を備える。絶縁筒4の常温側の傾斜面から伸びる電気力線は、碍子連の領域から外部に引き出される。この碍管7の常電導側の端部で、かつ後述するケース30の外周には上部シールド75が設けられている。
[Insulator tube]
The
[導体引出部]
導体引出部2は、上述のケーブルコア110の先端部において露出された超電導導体層112の端部に電気的に接続される部材であって、銅やその合金、アルミニウムやその合金などの常電導材料から構成されている。導体引出部2の説明にあたっては主として図3を参照する。図3は、図1,2の導体引出部2を鉛直上方から見た縦断面図である。
[Conductor lead-out part]
The conductor lead-out
本例の導体引出部2は、図3に示すように、筒状部20と、超電導側接続部21と、常電導側接続部22と、を接合することで形成されている。超電導側接続部21は筒状部20の軸方向の一端側(矢印の右側であって超電導ケーブル100側)の開口部を封止し、常電導側接続部22は筒状部20の軸方向の他端側の開口部を封止する。これら三つの部材は、ハンダやボルトなどで連結されている。
As shown in FIG. 3, the
[[筒状部]]
筒状部20は、常電導側接続部22から超電導側接続部21への熱侵入量を小さくするための部材である。交流送電においては表皮効果の影響によって筒状部20の導体としての実効断面積が減じられることはない。筒状部20は、筒状に形成されていればその形状は問わない。本例の筒状部20はその内径及び外径が一様な円筒状の部材である。筒状部20の内径及び外径は、超電導ケーブル100と常電導機器との間で遣り取りされる電流量に応じて決定すると良い。つまり、当該電流量の遣り取りに十分な導体断面積が確保できるように、筒状部20の内径及び外径を決定する。
[[Cylindrical part]]
The
筒状部20の外周面には筒状部20の内外を貫通する貫通孔20hが設けられている。この貫通孔20hは、後述する樹脂32(図1,2)の通り道となる。貫通孔20hは、樹脂32の充填性を向上させるために複数設けることが好ましい。特に、筒状部20の周方向に均等に複数の貫通孔20hを設けることが好ましい。また、この貫通孔20hは、導体引出部2に超電導ケーブル100の端部をハンダで接合する際、ハンダの熱で膨張した筒状部20の内部の空気を外部に逃がす呼吸孔としての機能も持つ。
The outer peripheral surface of the
[[超電導側接続部]]
超電導側接続部21は、有底筒状の封止筒部21Aと封止筒部21Aの外底から延びる本体部21Bとが一体になった部材であって、超電導ケーブル100に直接接続される。封止筒部21Aの内径は、筒状部20の外径よりも若干(0.5mm〜2mm程度)大きくなっている。そのため、封止筒部21Aを筒状部20の軸方向の一端に嵌め込むことで、筒状部20の軸方向の一端を封止できる。筒状部20と封止筒部21Aとの接合はハンダなどで行うことができる。
[[Superconducting side connection]]
The superconducting-
本体部21Bは、その一端部にケーブルコア110の先端部(この例ではフォーマ111及び超電導導体層112)を収納する収納部21sを備える。収納部21sの内底側の側面には、収納部21sの内部空間から収納部21sの径方向外方に延びる冷媒流路21cが形成されている。図2に示すように、収納部21sに挿入されたフォーマ111の中空孔は、冷媒流路21cに連通しており、中空孔から吐出された冷媒130は、冷媒流路21cを通って常電導側断熱容器5の冷媒槽51内に排出される。
The
収納部21sの内径は、超電導ケーブル100(図1)側から順に、階段状に小さくなっている。収納部21sにおける最も内径が小さい異径内周面にはフォーマ111が配置され、その最小内径の異径内周面を除く各異径内周面には図4の超電導導体層112の各層が配置される。これらの異径内周面にはそれぞれ、本体部21Bの外周面から延びる注入孔21hが連通している。異径内周面に超電導導体層112を配置し、注入孔21hからハンダなどの接合材を注入することで、本体部21Bと、フォーマ111及び超電導導体層112と、を接合することができる。
The inner diameter of the
本体部21Bの外周には、本体部21Bの径方向外方に突出するフランジ部21fが形成されている。本体部21Bにおけるフランジ部21f以外の部分の外径は、封止筒部21Aの大径部の外径と同じであり、後述する常電導側接続部22の封止筒部22Aの外径とも一致している。そのため、後述する端末構造1の製造方法に示すように、ケーブルコア110に導体引出部2を取付けた後に、導体引出部2の常温端側から常電導側断熱容器5を挿入し易い。
A
[[常電導側接続部]]
常電導側接続部22は、有底筒状の封止筒部22Aと封止筒部22Aの外底から延びる板状の金具部22Bとが一体になった部材であって、常電導機器に接続される金具として機能する。封止筒部22Aの内径は、筒状部20の外径よりも若干(0.5mm〜2mm程度)大きくなっている。そのため、封止筒部22Aを筒状部20の軸方向の他端に嵌め込むことで、筒状部20の軸方向の他端を封止できる。筒状部20と封止筒部22Aとの接合はハンダなどで行うことができる。
[[Normal conduction side connection]]
The normal conducting
金具部22Bは、導体引出部2を軸方向から見たときに封止筒部22Aの外周輪郭線から食み出さない大きさに形成された矩形板状の部材である。金具部22Bには、ブスバー200(図1参照)との接続に用いられる複数の取付孔22hが設けられている。ブスバー200の取付孔と金具部22Bの取付孔22hとを同軸に重ねてボルト200b(図1参照)止めすることで、導体引出部2と常電導機器とを電気的に接続することができる。
The metal
[非真空断熱体]
本例の端末構造1は、図1,2に示すように、導体引出部2の筒状部20の径方向外方を覆う非真空断熱体3を備える。上述したように、導体引出部2の筒状部20の外周に形成する断熱構造には、真空断熱構造に比べて構造が単純な非真空断熱構造(非真空断熱体3)を採用することができる。構造が単純な非真空断熱体3は小型で容易に施工可能であるため、超電導機器の端末構造1を小型化でき、その施工性を向上させることができる。
[Non-vacuum insulation]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本例の非真空断熱体3は、筒状部20の径方向外方を囲うケース30と、ケース30の内部に充填される樹脂32と、を備える。本例の構成では更に、ケース30の常電導側の開口端を封止する蓋31を備えており、ケース30内に樹脂32を充填し易くなっている。本例とは異なり、ウレタンシートなどの断熱材を筒状部20の外周に巻き付けることで非真空断熱体3を形成することもできる。
The
ケース30には、ケース30の内外に連通する樹脂充填口30hが備わっている。また、蓋31には、導体引出部2の常電導側接続部22の封止筒部22Aが挿通される貫通孔31hが備わっている。これらケース30と蓋31は適宜な金属や強度に優れる樹脂で構成することができる。
The
ケース30内に充填される樹脂32は、ケース30内に充填するときは流動性を有し、ケース30に充填後に硬化させることができる性質を持った樹脂であれば特に限定されない。このような性質の樹脂32であれば、筒状部20の外周を隙間無く覆うことができるので、外部環境から筒状部20への熱の伝達を効果的に抑制でき、超電導ケーブル100への熱侵入を抑制できる。ケース30内に充填する樹脂32としては、例えば、発泡ウレタンやエポキシなどの熱硬化性樹脂を利用することができる。また、本例では筒状部20の貫通孔20hを介して筒状部20の内部が樹脂32で埋められていることで、筒状部20の内部に大気が残存することを抑制できる。残存大気があると、筒状部20内の気体が気化と液化を繰り返し、断熱性能が低下すると共に、筒状部20内の圧力変動で筒状部20の周辺部材に応力が作用する可能性があるが、筒状部20を樹脂32で埋めると、そのような問題点が生じることを抑制できる。
The
≪超電導機器の端末構造の製造方法≫
上述の実施形態1の超電導機器の端末構造1は、例えば、以下の工程を備える製造方法によって構築することができる。
・コア処理工程
・超電導側断熱容器の形成工程
・導体引出部の接続工程
・常電導側断熱容器の形成工程
・碍管の配置工程
・真空引き工程
・非真空断熱体の形成工程
製造 Method for manufacturing terminal structure of superconducting device≫
The
・ Core processing process ・ Formation process of superconducting side heat insulation container ・ Connection process of conductor lead-out part ・ Process of forming normal conduction side heat insulation container ・ Placement process of insulator tube ・ Vacuum drawing process ・ Formation process of non-vacuum heat insulator
[コア処理工程]
超電導ケーブル100の端部において断熱管120から所定の長さのケーブルコア110を出して段剥ぎなどして、フォーマ111、超電導導体層112、電気絶縁層113などを順に露出する。この例では、ケーブルコア110における断熱管120の近傍に補強絶縁層8を形成した後、遮蔽層114から補強絶縁層8の外周の一部に至るように遮蔽接続部80を設ける。
[Core processing step]
At the end of the
[超電導側断熱容器の形成工程]
ケーブルコア110の補強絶縁層8を覆うように超電導側断熱容器6を設ける。ここでは、断熱管120の内管121と冷媒槽61とを溶接などで接合すると共に、断熱管120の外管122と真空槽62とを溶接などで接合する。そして、超電導側断熱容器6の常電導側の開口端を塞ぐように碍管7の底板部71を取り付ける。なお、超電導側断熱容器6を複数の分割構造とし、後述する常電導側断熱容器5の形成の後に、超電導側断熱容器6の形成を行うこともできる。
[Process of forming superconducting-side heat insulating container]
The superconducting
[導体引出部の接続工程]
超電導側断熱容器6の端部から突出するケーブルコア110の端部に導体引出部2を接続する。接続にあたっては、導体引出部2に備わる超電導側接続部21の収納部21sにケーブルコア110の端部を挿入し、各注入孔21h(図3)からハンダを流し込む。フォーマ111の外周には弾性の接続金具などを取り付けておくことで、収納部21sにフォーマ111が圧入され、収納部21sにフォーマ111が強固に固定される。
[Connecting process of conductor lead-out part]
The conductor lead-out
[常電導側断熱容器の形成工程]
本例では、冷媒槽51と真空槽52とを備える常電導側断熱容器5の外周に絶縁筒4を一体化した一体化部材を工場などで作製しておく。この一体化部材を、導体引出部2側からケーブルコア110の外側に嵌め込み、絶縁筒4の外周に設けられる固定部40を底板部71に固定する。図2に示すように、冷媒槽51の常温側端部の内周面に形成される段差は、導体引出部2の常電導側接続部22の外周面に形成されるフランジ部21f(図3参照)に当て止めされる。
[Process of Forming Normal-Conduction-Side Insulated Container]
In this example, an integrated member in which the insulating cylinder 4 is integrated with the outer periphery of the normal-conduction-side heat-insulating
[碍管の配置工程]
絶縁筒4の常温側領域を覆うように碍管7を被せる。本例では、本体部70及び上板部72を、導体引出部2側から常電導側断熱容器5の外側に嵌め込み、三者70,71,72を接続する。このとき、常電導側断熱容器5は上板部72から突出している。碍管7内への絶縁流体の導入は適宜な時期に行える。
[Positioning process of insulator tube]
The
[真空引き工程]
真空ポート50p,60pを利用して常電導側断熱容器5と超電導側断熱容器6の真空引きを行う。断熱管120は、予め工場などで真空引きを行える。断熱管120に備える真空ポート100pを利用して、施工現場や布設後でも真空状態を調整できる。両断熱容器5,6についても、真空ポート50p,60pを利用して、布設後でも真空状態を調整できる。
[Evacuation process]
Using the
[非真空断熱体の形成工程]
図2に示すように、両端が開口した筒状のケース30を、導体引出部2の先端側から筒状部20の外部に嵌め込み、ケース30を上板部72に固定する。次いで、中央に貫通孔31hの空いた蓋31を導体引出部2の先端側から嵌め込んで、ケース30の常温側の開口端を封止する。そして、ケース30の樹脂充填口30hから樹脂32を充填する。ケース30内に充填された樹脂32は、導体引出部2の筒状部20に設けられる貫通孔20hを通って筒状部20の内部にも充填される。樹脂32の充填が終了したら樹脂32を硬化させ、非真空断熱体3を完成させる。非真空断熱体3の形成後、上部シールド75をケース30の外周に設ける。
[Process of forming non-vacuum heat insulator]
As shown in FIG. 2, a
以上の工程を終えたら、冷媒130を導入して超電導導体層112を超電導状態に維持することで、超電導ケーブル線路を運転でき、常電導電力機器との間で電力の授受を行える。
When the above steps are completed, the superconducting cable line can be operated by introducing the refrigerant 130 and maintaining the
≪効果≫
実施形態1の超電導機器の端末構造1は、導体引出部2に筒状部20を設けることで、導体引出部2を介した超電導ケーブル100への熱の伝導を抑制できる。また、筒状部20を有する導体引出部2を備えることで、筒状部20を外部環境から断熱する断熱構造を、構造が単純な非真空断熱体3とすることができる。構造が単純な非真空断熱体3により端末構造1を小型化できるし、その施工性を向上させることができる。特に、超電導ケーブル100を用いた送電網では多数の端末構造1が形成されることになるので、各端末構造1の施工性の向上は、送電網全体の施工性の向上に大きく寄与する。
≪Effect≫
The
また、構造が単純な非真空断熱体3は分解も容易である。例えば、端末構造1のメンテナンス時に非真空断熱体3を分解することになっても、その分解の手間やメンテナンス後の再構築の手間が、真空断熱構造よりも格段に容易である。
Also, the
<実施形態2>
実施形態1では、導体引出部2の筒状部20の内部にも樹脂32を充填した。これに対して、実施形態2では、冷媒流通機構9を用いて筒状部20の内部に冷媒131を流通させる構成を図5に基づいて説明する。図5は、端末構造1における非真空断熱体3近傍の部分縦断面図であって、実施形態1の図2に示す構成と同様の構成については同一の符号を付している。
<
In the first embodiment, the inside of the
本例の導体引出部2は、筒状部20に二つの冷媒ポート20pを備える。一方の冷媒ポート20pに、冷媒流通機構9の冷媒導入管91を接続し、他方の冷媒ポート20pに、冷媒流通機構9の冷媒排出管99を接続する。冷媒流通機構9で筒状部20に流通させる冷媒131は、超電導ケーブル100を冷却する冷媒130と同系統の冷媒でも良いし、異系統の冷媒でも良い。冷媒流通機構9の冷媒131を超電導ケーブル100の冷媒130とは異なる冷媒とする場合、冷媒131は冷媒130よりも温度が高い冷媒でも良い。例えば、冷媒131は気液混合冷媒でも良い。ここで、管91,99は、高電位の導体引出部2に繋がっているので、管91,99の途中を絶縁継手などで絶縁処理する必要がある。
The conductor lead-out
実施形態2の構成によれば、負荷時に発生した常電導側接続部22や筒状部20で発生した熱を除去することができ、超電導ケーブル100の温度が上昇することを抑制し易い。ここで、実施形態に係る超電導機器の端末構造1では、筒状部20の外周を覆う断熱構造が非真空断熱体3であるため、冷媒流通機構9を構成する冷媒導入管91や冷媒排出管99を配置し易い。
According to the configuration of the second embodiment, it is possible to remove the heat generated in the normal-conducting-
<その他の実施形態>
実施形態1,2とは異なり、導体引出部2の筒状部20の内部に大気などの気体を封入しても構わない。例えば、実施形態1の筒状部20における貫通孔20hの径を小さくすれば、筒状部20の内部に樹脂が侵入することを抑制できる。筒状部20内が大気であれば、実施形態1のように樹脂32(図2)を充填したり、実施形態2のように冷媒131(図5)の流通を行う必要がなく、端末構造1の施工がより簡単になる。
<Other embodiments>
Different from the first and second embodiments, a gas such as the atmosphere may be sealed inside the
1 超電導機器の端末構造
11 冷媒導入管 19 冷媒排出管
2 導体引出部
20 筒状部
20h 貫通孔 20p 冷媒ポート
21 超電導側接続部
21A 封止筒部 21B 本体部
21c 冷媒流路 21f フランジ部 21h 注入孔
21p 締結孔 21s 収納部
22 常電導側接続部
22A 封止筒部 22B 金具部 22h 取付孔
3 非真空断熱体
30 ケース 31 蓋 32 樹脂 30h 樹脂充填口 31h 貫通孔
4 絶縁筒
40 固定部
5 常電導側断熱容器
51 冷媒槽 52 真空槽
6 超電導側断熱容器
61 冷媒槽 62 真空槽
7 碍管
70 本体部 71 底板部 72 上板部 75 上部シールド
8 補強絶縁層 80 遮蔽接続部
9 冷媒流通機構
91 冷媒導入管 99 冷媒排出管
50p,60p,100p 真空ポート
100 超電導ケーブル
110 ケーブルコア
111 フォーマ 112 超電導導体層 113 電気絶縁層
114 遮蔽層 115 保護層
120 断熱管
121 内管 122 外管 123 断熱材 124 防食層
130,131 冷媒
200 ブスバー
200b ボルト
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記導体引出部は、
筒状部と、
前記筒状部の軸方向の一端側を封止すると共に、前記超電導導体の端部を収納する収納部を有する超電導側接続部と、
前記筒状部の軸方向の他端側を封止すると共に、常電導機器に接続される金具となる常電導側接続部と、を備え、
更に、前記筒状部の径方向の外周面を覆う非真空断熱体を備える超電導機器の端末構造。 A terminal structure of a superconducting device including a normal-conduction conductor lead-out portion electrically connected to an end of a superconducting conductor of the superconducting device,
The conductor lead-out portion,
A tubular portion,
A superconducting-side connecting portion that seals one end side of the cylindrical portion in the axial direction and has a storage portion that stores an end of the superconducting conductor,
Along with sealing the other end of the cylindrical portion in the axial direction, a normal-conducting-side connection portion serving as a bracket connected to a normal-conduction device,
Furthermore, a terminal structure of a superconducting device including a non-vacuum heat insulator covering a radially outer peripheral surface of the cylindrical portion.
前記樹脂が、前記貫通孔を介して前記筒状部の内部にも充填されている請求項2に記載の超電導機器の端末構造。 The cylindrical portion includes a through hole penetrating the inside and outside thereof,
The terminal structure for a superconducting device according to claim 2, wherein the resin is also filled inside the cylindrical portion through the through hole.
前記絶縁筒における前記導体引出部の側に配置され、前記ケーブルコアの端部と共に前記常電導側接続部をその内部に収納する常電導側断熱容器と、
前記絶縁筒における前記超電導ケーブルの側に配置され、前記超電導ケーブルの前記断熱管に繋がる超電導側断熱容器と、を備える請求項5に記載の超電導機器の端末構造。 An insulating tube through which a part of the cable core is inserted,
A normal-conduction-side heat-insulating container that is arranged on the side of the conductor lead-out portion of the insulating cylinder and houses the normal-conduction-side connection portion together with an end of the cable core,
The terminal structure of a superconducting device according to claim 5, further comprising: a superconducting-side heat-insulating container disposed on the side of the superconducting cable in the insulating tube and connected to the heat-insulating pipe of the superconducting cable.
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